5. Электроёмкость электрического конденсатора

(рис. 5.3) – С - отношение положительного заряда на одной из обкладок конденсатора к напряжению между обкладками:

С = ( = Ф)

Рис. 5.3. Электрический конденсатор.

6) Сила ампера -

– сила, с которой магнитное поле действует на проводник с электрическим током (рис. 5.4)

Рис. 5.4 Действие магнитного поля на проводник с током.

B ∙ I ∙ ℓ ∙

где В ( = – индукция магнитного поля – силовая характеристика магнитного поля, I – сила тока в проводнике, ℓ - длина проводника, α - угол между вектором индукции магнитного поля и током.

В среде индукция магнитного поля B = B₀ , где - магнитная проницаемость, показывает, во сколько раз магнитная индукция в среде B больше, чем в вакууме B₀ .

В некоторых средах магнитное поле ослабляется < 1 – в диамагнетиках, в некоторых усиливается > 1 - в пара- и ферромагнетиках.

7) СИЛА ЛОРЕНЦА - F_Л

F_Л – сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу (рис.5.5)

Рис. 5.5 Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу.

F_Л = B ∙ q sin

где q – величина заряда, v – скорость его движения, α - угол между векторами магнитной индукции и скорости движения заряда.

8) Закон электромагнитной индукции фарадея

Электродвижущая сила индукции в контуре:

Ε_и = -

где Ф = B ∙ S ∙ sin - магнитный поток через контур, S - площадь контура, α - угол между вектором магнитной индукции B и вектором нормали n к поверхности контура (рис. 5.6).

Рис. 5.6 Поток магнитной индукции через контур.

9) ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА САМОИНДУКЦИИ E_си

E_си = - L

где - скорость изменения силы тока i в контуре – замкнутом проводнике L - индуктивность контура, зависит от его конфигурации и от среды внутри него. Измеряется в генри (Гн) =

10) ЭНЕРГИЯ ЭЛКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА:

W_эл =

11)Энергия магнитного поля катушки индуктивности

W_м =

5.2. МАСС - СПЕКТРОМЕТРИЯ

(Пример применения основ электричества и магнетизма в фармации)

В основе широко применяемого в физике, химии и фармации научно-исследовательского метода масс-спектрометрии – разделение ионов с одинаковым зарядом, но разными массами в магнитном поле.

На рисунке 5.7 дана упрощённая схема идеи этого метода

Рис. 5.7 Масс-спектрометр.

В фильтре скоростей Ф из потока ионов отбираются ионы с одинаковой скоростью v₀ . Для этих ионов сила Лоренца F_л , действующая на них со стороны магнитного поля

F_л = qB ₀

(Здесь sin = 1, потому что = 90⁰)

уравновешивается силой со стороны электрического поля

_э=

q- заряд иона, B - индукция магнитного поля, E - напряжённость электрического поля, создаваемого между двумя заряженными пластинками (+ и -), направленного перпендикулярно магнитному полю.

Поэтому:

qB ₀ = qE

И, следовательно, через щель фильтра Щ вылетят только те ионы, у которых скорость

₀ =

Электрическое поле действует только в фильтре скоростей Ф, а магнитное и за его пределами. И дальше ионы будут двигаться только под действием силы Лоренца , которая будет играть роль центростремительной силы, поэтому:

qB ₀ =

Частицы полетят по дугам окружностей с радиусами:

R =

Поскольку ₀ = , радиус траектории будет определяться соотношением:

R =

Чем больше отношение масс ионов к их зарядам , тем больше радиус траектории .

Таким образом достигается разделение ионов по их массам.

В качестве регистратора разделённых ионов служит либо фотоплёнка ( в масс-спектроскопии), либо датчики создаваемых ионами электрических токов ( в масс-спектрометрии ).

Масс-спектрометрия широко используется в фармацевтических научных исследованиях для химического анализа лекарств, биодобавок, токсинов.